低活化钢及其热处理方法技术

本发明专利技术提出了一种低活化钢及其热处理方法，所述热处理方法包括第一次正火：将低活化刚加热至第一预设温度，保温，冷却；第二次正火：将所述第一次正火后的所述低活化钢加热至第二预设温度，保温，冷却；第三次正火：将所述第二次正火后的所述低活化刚加热至第三预设温度，保温，冷却；回火；所述第二次正火和所述第三次正火的保温时间均小于所述第一次正火的保温时间。由此，制备的低活化钢析出相尺寸小，数量多，材料在受高温高应力长时间作用时，析出相颗粒长大缓慢，可以有效提升低活化钢的高温强度，进而提升低活化钢的高温持久性能。进而提升低活化钢的高温持久性能。进而提升低活化钢的高温持久性能。

【技术实现步骤摘要】
低活化钢及其热处理方法


[0001]本专利技术涉及核聚变领域，具体地，涉及低活化钢及其热处理方法。

技术介绍

[0002]核能发电在我国电源结构中仅次于火力发电的电源，核能分为核裂变能和核聚变能， 其中，核裂变能在发电过程中会长生强大的辐射，威胁人体健康，放射性核废料的处理也 难以解决；核聚变所需的燃料是从海水中提炼的氢的同素氘，辐射极少，储量多，产生的 核废料少，因此被认为是全世界能源的未来。目前普遍认为低活化铁素体、马氏体(RAFM 钢)是聚变示范堆和ITER氘增殖实验模块的最佳候选材料，相比于其他耐热合金钢，低 活化钢具有良好的抗辐照肿胀能力，较优的低活化特性，较高的热导率和较低的热膨胀系 数等优良性能。低活化钢的生产流程一般为冶炼+锻造+热处理，传统的热处理为正火+回火 工艺，将传统热处理后的式样，会析出两种析出相(M
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C6碳化物和MX颗粒)，获得回火 马氏体组织，具有较高的位错密度。其中M
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C6析出相主要沿亚结构便捷分布，主要作用 是提供析出强化，在材料服役过程中钉扎位错，阻碍亚晶界迁移，稳定材料结构，然而M
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C6析出相在后期服役过程中会逐渐粗化，降低材料高温持久强度。
[0003]因此，目前低活化钢的热处理方法还需进一步改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个 目的在于提出一种低活化钢及其热处理方法，该低活化钢的热处理方法所制备的低活化钢 具有析出相尺寸小、数量多，在长时高温服役过程中持久性能高的优点。
[0005]在本专利技术的一个方面，提出了一种低活化钢的热处理方法，包括第一次正火：将低活 化刚加热至第一预设温度，保温，冷却；第二次正火：将所述第一次正火后的所述低活化 钢加热至第二预设温度，保温，冷却；第三次正火：将所述第二次正火后的所述低活化钢 加热至第三预设温度，保温，冷却；回火；所述第二次正火和所述第三次正火的保温时间 均小于所述第一次正火的保温时间。由此，制备的低活化钢析出相尺寸小，数量多，材料 在受高温高应力长时间作用时，析出相颗粒长大缓慢，可以有效提升低活化钢的高温强度， 进而提升低活化钢的高温持久性能。
[0006]在本专利技术的一些实施例中，所述第一预设温度、所述第二预设温度和所述第三预设温 度分别独立地大于所述低活化钢由珠光体向奥氏体转化的临界温度。由此，可使低活化钢 奥氏体化。
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述第一预设温度、所述第二预设温度和所述第三预设温 度分别独立地为1030℃～1130℃。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述第一次正火的保温时间为40～60min。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述第二次正火和所述第三次正火的保温时间分别独立地 为10～15min。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述回火过程中，温度为760℃～800℃，保温时间 90min～120min。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，基于所述低活化钢的总质量，所述低活化钢包括：C0.080wt％
‑
0.12wt％；N 0.030wt％～0.060wt％；V 0.090wt％～0.12wt％；Ta 0.10wt％～0.15wt％； Cr 8.8wt％～9.2wt％；W 1.4wt％～1.6wt％；Si 0.10wt％～0.15wt％；Mn 0.40wt％～0.60wt％；余量Fe 及杂质。
[0012]在本专利技术的另一个方面，提出了一种低活化钢，是由前述的热处理方法制备得到的， 由此，具有前述的热处理方法的全部特征以及优点，在此不再赘述，总的来说，至少具有 析出相尺寸小、数量多，在长时高温服役过程中持久性能高的优点。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述低活化钢的晶粒的粒径为6～12μm。由此，可增加晶界 数量，增加析出相的形核率，增加析出相颗粒数量。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述低活化钢上的析出相M
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C6的粒径为73nm
‑
83nm。由 此，可以有效提升低活化钢的高温强度，进而提升低活化钢的高温持久性能。
附图说明
[0015]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显 和容易理解，其中：
[0016]图1显示了本专利技术一个实施例的热处理方法流程示意图；
[0017]图2显示了本专利技术一个实施例的热处理方法的示意图；
[0018]图3显示了实施例1所制备的低活化钢的SEM图；
[0019]图4显示了实施例2所制备的低活化钢的SEM图；
[0020]图5显示了实施例3所制备的低活化钢的SEM图；
[0021]图6显示了对比例1所制备的低活化钢的SEM图。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本专利技术的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术， 而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献 所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为 可以通过市购获得的常规产品。
[0023]在本专利技术的一个方面，提出了一种低活化钢的热处理方法，包括第一次正火：将低活 化刚加热至第一预设温度，保温，冷却；第二次正火：将所述第一次正火后的所述低活化 钢加热至第二预设温度，保温，冷却；第三次正火：将所述第二次正火后的所述低活化刚 加热至第三预设温度，保温，冷却；回火；所述第二次正火和所述第三次正火的保温时间 均小于所述第一次正火的保温时间。由此，制备的低活化钢析出相尺寸小，数量多，材料 在受高温高应力长时间作用时，析出相颗粒长大缓慢，可以有效提升低活化钢的高温强度， 进而提升低活化钢的高温持久性能。
[0024]为了方便理解，下面对该方法能够实现上述有益效果的原理进行简要说明：
[0025]如前所述，传统的热处理方法为一次正火和一次回火，经传统热处理后的试样，会产 生两种析出相(M
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C6碳化物和MX颗粒)，获得回火马氏体组织，具有较高的位错密度。 其
中M
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C6析出相主要沿亚结构边界分布，其初始尺寸较大，粒径可达400nm，其作用是提供析出强化，在材料服役过程中钉扎位错，阻碍亚晶界迁移，稳定材料结构，然而M
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C6析出相在后期服役过程中会逐渐粗化，降低材料高温持久强度。MX颗粒在基体中弥散分布，尺寸介于20～50nm，其主要作用是钉扎位错，阻碍其迁移，在后期时效和蠕变过程中粗化较慢，对材料高温持久性能影响较小。专利技术人发现，通过增加两次正火工艺，可以获得均匀细小的原奥氏体晶粒和细小均匀的析出相颗粒(M
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C6碳化物)，由于第二次和第三次正火时间的保温时间小于第一次正火的保温时间，奥氏体晶粒来不及长大材料就会冷却，因此保留了细小均匀的奥氏体晶粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低活化钢的热处理方法，其特征在于，包括：第一次正火：将低活化刚加热至第一预设温度，保温，冷却；第二次正火：将所述第一次正火后的所述低活化钢加热至第二预设温度，保温，冷却；第三次正火：将所述第二次正火后的所述低活化刚加热至第三预设温度，保温，冷却；回火；所述第二次正火和所述第三次正火的保温时间均小于所述第一次正火的保温时间。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一预设温度、所述第二预设温度和所述第三预设温度分别独立地大于所述低活化钢由珠光体向奥氏体转化的临界温度。3.根据权利要求1或2所述的方法，所述第一预设温度、所述第二预设温度和所述第三预设温度分别独立地为1030℃～1130℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一次正火的保温时间为40～60min。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述第二次正火和所述第三次正火的保温时间分别独立地为10～15min。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述回火过程中，温度为76...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，刘震，霍晓杰，杨志刚，陈浩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：